TW201718117A - 千兆赫等級超音波（ｇｉｇａｓｏｎｉｃ）清潔技術 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種半導體清潔系統。該清潔系統包含：一腔室，其用於保留一清潔溶液；及一千兆赫等級超音波(GIGASONIC)頻率產生器。該千兆赫等級超音波頻率產生器經組態以產生對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。一換能器經組態以將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波。
Description
本發明實施例係有關半導體設備及其相關方法。
半導體裝置製造係用於產生存在於日常電氣裝置及電子裝置中之積體電路之一製程。該製程係光微影及化學處理步驟之一多步驟序列，在該多步驟序列期間，電子電路逐漸產生於由一半導電材料組成之一晶圓上。矽係用於該製程中之一典型半導體材料之一實例，然而，可利用其他類型之半導體材料。
在該製程期間，會存在無用污染物及/或粒子。一清潔製程通常用於嘗試移除此等無用粒子。
本揭露提供一種半導體清潔系統。該清潔系統包含用於保留一清潔溶液之一腔室及一千兆赫等級超音波頻率產生器。該千兆赫等級超音波頻率產生器經組態以產生對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。一換能器經組態以將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波。
本揭露亦提供一種聲波清潔配置。在此配置中，一腔室經組態以容納用於千兆赫等級超音波清潔之一半導體裝置。一溶液施配器經組態以將一清潔溶液施配至該腔室中。一第一換能器接近於該腔室且經組態以依一換能器頻率產生換能器能量，其中該換能器頻率係在一
千兆赫頻率範圍內。一千兆赫等級超音波頻率產生器耦合至該第一換能器且經組態以引起該第一換能器產生該換能器能量。該千兆赫等級超音波頻率產生器亦經組態以引起該第一換能器使該半導體裝置經受在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波以引起自該半導體裝置移除粒子或污染物。
其他實施例係關於一種自半導體裝置移除粒子之方法。在此方法中，提供一清潔溶液。將一半導體基板放置成與該清潔溶液直接流體接觸。提供對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。藉由將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波而清潔該半導體基板。
100‧‧‧千兆赫等級超音波清潔系統
102‧‧‧晶圓
102a‧‧‧上表面
104‧‧‧腔室
106‧‧‧清潔溶液
108‧‧‧控制器
110‧‧‧千兆赫等級超音波頻率產生器
112‧‧‧電信號
114‧‧‧千兆赫等級超音波換能器
114a‧‧‧第一換能器
114b‧‧‧第二換能器
116‧‧‧千兆赫等級超音波壓縮波
118‧‧‧底板
120‧‧‧側壁
122‧‧‧清潔溶液施配器
124‧‧‧進口/第一入口/噴嘴
126‧‧‧清潔流體出口
128‧‧‧出口閥
130‧‧‧終點偵測單元
131‧‧‧晶圓支撐件
132‧‧‧終點信號
133‧‧‧隆脊/凹溝
134‧‧‧顯示信號
136‧‧‧顯示單元
138‧‧‧資料庫
150‧‧‧x軸/非處理區域
152‧‧‧y軸
154‧‧‧兆赫等級超音波頻率產生器/千兆赫等級超音波噴嘴
156‧‧‧超音波頻率產生器/卡盤
158‧‧‧條形施配器
202‧‧‧第一粒子
204‧‧‧第二粒子
206‧‧‧第三粒子
208‧‧‧第一邊界層
210‧‧‧第一整體流動區域
212‧‧‧第二邊界層/兆赫等級超音波邊界層
214‧‧‧第二整體流動區域
216‧‧‧千兆赫等級超音波邊界層
218‧‧‧千兆赫等級超音波整體流動區域
300‧‧‧基於處理器之系統
302‧‧‧處理單元
304‧‧‧中央處理單元(CPU)
306‧‧‧記憶體
308‧‧‧大容量儲存裝置
310‧‧‧匯流排
312‧‧‧視訊配接器
314‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
316‧‧‧網路介面
318‧‧‧顯示器
320‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置
322‧‧‧區域網路(LAN)/廣域網路(WAN)
400‧‧‧方法
402‧‧‧提供清潔溶液
404‧‧‧將半導體基板放置成與清潔溶液直接流體接觸
406‧‧‧提供對應於千兆赫頻率範圍之電信號
408‧‧‧藉由將電信號轉換成在千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過清潔溶液之壓力及位移之一機械波而清潔半導體基板
410‧‧‧基於是否偵測到清潔之終點條件而選擇性地停止產生選定頻率
自結合附圖來閱讀之[實施方式]最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為使討論清楚，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1A、圖1B、圖1C及圖1D係繪示根據一些實施例之千兆赫等級超音波清潔系統的方塊圖。
圖2係繪示根據一些實施例之使用千兆赫等級超音波清潔技術之粒子移除的一圖式。
圖3係繪示可將根據本揭露之一些實施例之系統或方法實施於其中之一運算環境的一方塊圖。
圖4係繪示根據一些實施例之自半導體裝置移除粒子之一方法的一流程圖。
本揭露提供用於實施本揭露之不同構件之諸多不同實施例或實例。下文將描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不意在限制。例如，在以下描述中，形成一第一構件於一第
二構件上方或第二構件上可包含其中形成直接接觸之該第一構件及該第二構件之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於該第一構件與該第二構件之間使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複係為了簡單及清楚且其本身並不指示所討論之各種實施例及/或組態之間之一關係。
此外，為便於描述，空間相對術語(諸如「底下」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及其類似者)可在本文中用於描述一元件或構件與另外(若干)元件或(若干)構件之關係，如圖中所繪示。空間相對術語除圖中所描繪之定向之外，亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。可依其他方式定向設備(旋轉90度或依其他定向)，且亦可相應地解譯本文中所使用之空間相對描述詞。
污染物或無用粒子(其可遠小於粉塵粒子)可在製造期間附著於半導體晶圓之表面。例如，一製造設施(fab)之空氣可包含無用空中懸浮粒子，化學試劑及清潔水溶液可包含無用粒子或污染物，且製造設施中之處理工具可在晶圓之間轉移污染物或粒子，等等。污染物及粒子之一些實例可包含粉塵、灰塵、油性物、顏料、鐵鏽、油脂、海藻、真菌、細菌、拋光劑、助熔劑、指紋、殘留物、脫模劑、生物因子(諸如血液或汗水)等等。
由於存在歸因於此等污染物或無用粒子之缺陷，所以製造設施利用廣泛清潔室技術來限制存在於製造設施環境中之空中懸浮粒子之數目(及該等粒子之大小)。然而，無用粒子及污染物仍會在製造期間與半導體裝置接觸。此等粒子及污染物若不被移除，則會因更改及/或干擾裝置操作而使裝置效能降級。例如，附著於一晶圓上之一表面位置之污染物或粒子會更改裝置之電特性或在該表面位置處產生一短路。由於現代積體電路之構件大小極其小(其可在數十奈米之範圍
內)，所以即使粒子/污染物微乎其微，但其仍會導致半導體裝置之問題。
超音波清潔係已用於嘗試使污染物自使一基板之一表面脫落之一聲波清潔類型。超音波清潔使用高頻壓力(聲)波來攪動一液體，藉此誘發對附著於一半導體晶圓之污染物或粒子施加較大力之空化(氣泡流)。在一超音波清潔器中，將晶圓放置於含有一適合清潔溶液之一腔室中。一超音波換能器藉由產生依超音波頻率振盪之一電信號而在該清潔溶液中產生超音波。此信號在該腔室之該清潔溶液中產生壓縮波，該等壓縮波「攪亂」該清潔溶液之液體以留下數以百萬計之微觀「空隙」或「部分真空氣泡」(空化)。此等氣泡之破裂伴隨著巨大能量來達成每平方英寸約5,000K及20,000lbs之溫度及壓力。此等氣泡之極小大小有助於其穿透盲孔、裂縫及凹槽來清潔且移除來自半導體晶圓之表面灰塵及污染物。
然而，本揭露揭示了一認知：對於現代IC之小構件大小，空化及其所誘發之氣泡實際上會損害一IC之小尺度構件。例如，當一IC層(例如金屬線、閘極電極或光阻構件)由具有可藉由微影而分解之各自最小寬度(例如(諸如)現代製程中之約10奈米(nm))之構件組成且相鄰構件具有介於其間之一最小間隔時，空化及其所誘發之氣泡可傾覆、剝離或依其他方式損害此等小尺度結構。因此，當測試最終積體電路時，其會展現受挫於缺失或受損小尺度構件。再者，歸因於具有此等小尺度之流速及阻障層，超音波清潔頻率無法穿透現代小尺度構件(例如，小於30nm或甚至小於20nm)之凹槽。
相應地，本揭露係關於千兆赫等級超音波清潔技術，其比習知超音波清潔技術更適合於清潔現代IC。與超音波清潔技術不同，千兆赫等級超音波清潔技術提供無空化之一較大流線型流速。由於不存在空化，所以此等千兆赫等級超音波清潔技術限制發生於習知聲波清潔
器中之損害。此等千兆赫等級超音波清潔技術可用於範圍廣泛之工件形狀、大小及材料且不限於半導體晶圓，但一般可用於清潔任何部件、工具或裝置。
圖1A係繪示根據一些實施例之一千兆赫等級超音波清潔系統100的一方塊圖。依一簡化形式提供且描述千兆赫等級超音波清潔系統100以促進理解，且應瞭解，可預期包含新增圖中未展示之額外組件之變動。在千兆赫等級超音波清潔系統100中，將一或多個晶圓102放置於保留一清潔溶液106之一腔室104中。如下文將詳細描述，在控制器108之指導下，一千兆赫等級超音波頻率產生器110產生對應於一千兆赫範圍內之一頻率之一電信號112。在一些實施例中，頻率可包含100MHz至999MHz之亞千兆赫頻率、高達10GHz之頻率及其他千兆赫頻率。將電信號112提供至一或多個千兆赫等級超音波換能器114，千兆赫等級超音波換能器114可內建至腔室104中或選擇性地降低至清潔溶液106中且自清潔溶液106升高。千兆赫等級超音波換能器114將電信號112轉換成清潔溶液106中之千兆赫等級超音波壓縮波116且不在清潔溶液106中誘發空化。此等千兆赫超音波壓縮波不是一電磁波，而是在千兆赫範圍內振盪地傳播通過清潔溶液106之壓力及位移之機械波。由於不存在空化，所以千兆赫等級超音波清潔系統100限制歸因於所誘發之氣泡之發生於習知清潔器中之損害。此外，由於千兆赫等級超音波頻率高於一對應聲頻，所以千兆赫等級超音波清潔系統100中之壓縮波116之波長小於一聲波清潔器之波長。此減小波長允許千兆赫等級超音波清潔自比聲波清潔器小之晶圓102上之凹槽及/或溝槽移除較小粒子。因此，本文中所提供之千兆赫等級超音波清潔系統可徹底移除緊密附著或嵌入至晶圓102之表面上之無用粒子及污染物痕跡。
更特定言之，腔室104包含一底板118及自底板118向上延伸之側
壁120，藉此使腔室104能夠保留清潔溶液106。一清潔溶液施配器122經組態以透過腔室104中之一進口124而使腔室104填充有清潔溶液106。一清潔流體出口126經組態以自腔室104排洩或排出清潔溶液106。一般而言，由清潔溶液施配器122提供之清潔溶液經過濾以實質上不含污染物及無用粒子，而離開清潔流體出口126之排出溶液可包含自晶圓102之表面脫落之移除粒子及污染物。在一些實施例中，清潔溶液106係去離子水，而在其他實施例中，清潔溶液106係一有機清潔溶液。在一些實施例中，清潔溶液106可包含諸如一清潔劑之一表面活性劑。此外，在一些實施例中，清潔溶液106可包含用於增強清潔之一稀釋化學溶液，諸如一酸性溶液或一鹼性溶液。由於千兆赫等級超音波頻率使清潔溶液106能夠可靠地穿透晶圓102上之小尺度開口及溝槽，可採用導致較低表面蝕刻之較低濃度之清潔化學品。在一實例中，一較低或稀釋濃度之清潔化學品包含具有1：1：100之一濃度之NH3：H2O2：H2O且適合作為使用千兆赫等級超音波頻率之清潔溶液106，而一非千兆赫等級超音波頻率系統需要具有1：2：50之一濃度之NH3：H2O2：H2O。在一些實施例中，清潔溶液施配器122及清潔流體出口126在控制器108之指導下依協調方式工作。例如。控制器108可打開出口閥128以自腔室104排洩任何使用過之清潔溶液，接著關閉出口閥128且觸發清潔溶液施配器122來將新清潔流體施配至腔室104中。替代地，清潔溶液施配器122可經放置於腔室104之一側壁120或底板118中，且清潔溶液106亦可連續地或間歇地自清潔溶液施配器122循環通過腔室104且藉由一泵(圖中未展示)而排出清潔流體出口126，或可在關閉清潔流體出口126時於腔室104內循環。
此外，在一些實施例中，在千兆赫等級超音波清潔系統100之使用期間，腔室104具有相對於千兆赫等級超音波清潔系統100之周圍環境之一壓力及/或一溫度而提升之一壓力及/或一溫度。為達成一提升
壓力及/或溫度，腔室104可包含可在將晶圓102放置於腔室104中之後封閉之一蓋(圖中未展示)。接著，一加熱元件(圖中未展示)(其可整合至腔室104中或選擇性地插入至腔室104中)可加熱清潔溶液106以達成所要壓力及/或溫度。在其中腔室104基本上為具有一敞開頂部之一盆之所繪示實施例中，通常在周圍壓力(通常為約1個大氣壓)及一預定溫度處實施清潔。
腔室104具有足夠大小，使得一或多個晶圓102可在清潔期間浸沒於清潔溶液106中。通常，在清潔期間完全浸沒晶圓102，但若不用清潔晶圓之整個表面，則可僅部分浸沒一晶圓102。例如，在一些實施例中，腔室104可具有至少300mm之一深度、至少300mm之一寬度及至少300mm之一長度，其等於稍多於7加侖之一清潔溶流體積。在一些實施例中，在將晶圓102裝載至腔室104中之前，先將晶圓102裝載至一晶圓支撐件131(其在一些應用中可指稱一晶圓舟)上。接著，將晶圓支撐件131(其通常可自腔室104移除)放置至腔室104中，因此，晶圓支撐件131之一下表面或支腿安放於底板118之一上表面上。晶圓支撐件131可具有分別用於接收且保留複數個晶圓102之複數個隆脊或凹溝133，其等具有一固定大小。通常，使晶圓102保持一垂直定向，使得晶圓102經定向成彼此平行，因此，相鄰晶圓之表面面向彼此。此配置可有助於在清潔期間提供相鄰晶圓之表面之間之流線型流動，但亦可使晶圓保持一水平定向，藉此相鄰晶圓之表面彼此垂直疊放。儘管所繪示之實例展示依垂直定向配置之四個晶圓，但可預期，亦可在腔室104中單獨處理一單一晶圓，或亦可依垂直或水平定向將諸如(例如)25個或50個晶圓(或更多)之更多晶圓放置於腔室內之一或多個晶圓支撐件131上。
在一些實施例中，一晶圓102可為一塊狀矽基板或一絕緣體上覆半導體(SOI)基板(例如絕緣體上覆矽基板)。例如，一晶圓102亦可為
二元半導體基板(例如GaAs)、三元半導體基板(例如AlGaAs)、更高元半導體基板或甚至藍寶石基板。一晶圓102可包含形成於基板中或基板上之摻雜區域、形成於基板中或基板上之磊晶層、形成於基板中或基板上之絕緣層、形成於基板中或基板上之光阻層及/或形成於基板中或基板上之導電層。在諸多例項中，一晶圓可具有例如以下各者之一直徑：1英寸(25mm)、2英寸(51mm)、3英寸(76mm)、4英寸(100mm)、5英寸(130mm)或125mm(4.9英寸)、150mm(5.9英寸，通常指稱「6英寸」)、200mm(7.9英寸，通常指稱「8英寸」)、300mm(11.8英寸，通常指稱「12英寸」)或450mm(17.7英寸，通常指稱「18英寸」)。儘管千兆赫等級超音波清潔可應用於任何大小之晶圓，但千兆赫等級超音波清潔尤其有益於具有300mm或更大之直徑且利用具有20nm或更小之最小構件大小之先進技術節點之晶圓，此係因為本文中所提供之千兆赫等級超音波清潔技術可限制或避免可伴隨使用空化之習知清潔方法而發生之損害。
千兆赫等級超音波換能器114安裝至底板118，且至少部分填充底板118中之一或多個對應換能器開口。(若干)千兆赫等級超音波換能器114經組態以將一千兆赫等級超音波壓縮波導引至清潔溶液106中。(若干)換能器開口垂直延伸至底板118之一下表面中，使得(若干)千兆赫等級超音波換能器114具有位於底板118之一上表面下方之上表面。在一些實施例中，(若干)千兆赫等級超音波換能器114與清潔溶液106直接流體連通。若(若干)千兆赫等級超音波換能器114與清潔溶液106直接流體連通，則(若干)千兆赫等級超音波換能器114由一或多個密封件(通常為環形密封件)橫向包圍以防止流體透過(若干)換能器開口自腔室104逸出。另外，千兆赫等級超音波換能器114可經組態以連續產生(若干)千兆赫等級超音波壓縮波或產生如同一系列脈衝之(若干)波。
一終點偵測單元130電耦合至控制器108。若終點偵測單元130偵測到已充分清潔晶圓102，則可產生一終點信號132且將終點信號132傳輸至控制器108。在一些實施例中，可將終點偵測單元130實施為一計時器，其量測將千兆赫等級超音波清潔應用於晶圓102之一時間。當由終點偵測單元130量測之清潔時間與一預定時間具有一預定關係時，可觸發終點信號132。例如，若千兆赫等級超音波清潔發生達2分鐘之一預定時間，則該預定時間可為自清潔之初始起動量測之2分鐘，且將在逝去清潔時間等於2分鐘時滿足該預定關係。在其他實施例中，終點偵測單元130可使用光學成像來監測晶圓102之表面以判定污染物及/或無用粒子何時被充分移除，或可監測清潔溶液106以判定污染物或無用粒子濃度何時隨時間逝去而足夠「平穩」。若偵測到此「平穩」條件(其可指示污染物或無用粒子不再依一顯著方式自晶圓102之表面脫落)，則亦可確證終點信號132。
一旦終點偵測單元130發信號通知晶圓102足夠清潔，則控制器108自腔室104移除晶圓102。控制器108亦可判定是否自腔室104排空清潔溶液106；且若需要自腔室104排空清潔溶液106，則控制器108可打開出口閥128以排洩清潔溶液106。視情況而定，控制器108可(例如)藉由使用來自清潔溶液施配器122之清潔溶液來沖洗腔室而清潔腔室104，接著，關閉出口閥128且觸發清潔溶液施配器122以使腔室再填充有新清潔溶液。控制器108亦可將諸如一視覺或音訊信號之一顯示信號134提供至一顯示單元136以指示清潔完成、腔室被清潔、腔室被填充等等。控制器108亦可將關於千兆赫等級超音波清潔系統100及/或千兆赫等級超音波清潔系統100中之晶圓102之狀態資訊轉送至透過製造設施而追蹤晶圓批之處理之一資料庫138，使得資料庫138可更新製造設施中之晶圓之狀態及位置。多個千兆赫等級超音波清潔系統(諸如100個)及其他處理工具可將資料報告給資料庫138以有助於確保
製造依一流線型方式進展。
在此實例中，所繪示之千兆赫等級超音波清潔系統100經展示為具有兩個換能器114，然而，應瞭解，可利用其他數目個換能器。另外，兩個換能器114在圖1A中經展示為固定的。應瞭解，可預期移動或掃描換能器114之替代方案，諸如使音波能量自一端至另一端掃描整個半導體裝置。例如，如圖1B中所展示，可沿一x軸150(其沿腔室104之一底面自左至右運行)定位換能器之一者(例如一第一換能器114a)。在控制器108之指導下，第一換能器114a可依具有一第一功率位準之一第一頻率產生第一換能器能量或波。該第一換能器能量自第一換能器朝向晶圓102傳播。該第一頻率可包含諸如一千兆赫等級超音波頻率範圍之一頻率範圍。同時，可沿一y軸152(其沿腔室104之一側壁自頂部至底部運行)定位換能器之另一者(例如第二換能器114b)。在控制器108之指導下，第二換能器114b可依具有一第二功率位準之一第二頻率產生第二換能器能量或波。該第二換能器能量自第二換能器朝向晶圓102傳播。該第二頻率可包含諸如一千兆赫等級超音波頻率範圍之一頻率範圍。該第二頻率可相同於或不同於該第一頻率。在一實例中，僅該第二頻率包含一千兆赫等級超音波頻率。在另一實例中，僅該第一頻率包含一千兆赫等級超音波頻率。因此，第一換能器114a及第二換能器114b之使用可提供清潔製程之靈活性，且有助於改良清潔效率及/或生產率。
此外，如圖1B中所展示，在一些實施例中，清潔系統100B可取決於待移除之粒子大小而在不同頻率之間選擇。因此，圖1B中之控制器108可選擇性地啟動一千兆赫等級超音波頻率產生器110(例如，產生千兆赫範圍內之頻率)、一兆赫等級超音波頻率產生器154(例如，產生兆赫範圍內之頻率)或一超音波頻率產生器156(例如，產生千赫範圍內之頻率)，其等可產生彼此不同之非重疊頻率範圍。儘管
千兆赫等級超音波頻率產生器110可產生清潔溶液106內之無空化之波，但兆赫等級超音波頻率產生器154及超音波頻率產生器156可產生具有空化之波以提供清潔程序之靈活性。因此，圖1B中之清潔系統經組態以取決於待移除之粒子或污染物、清潔溶液及/或晶圓102之結構而選擇性地切換於不同頻率之間。
圖1A及圖1B描繪台式千兆赫等級超音波清潔系統之實例性實施例。圖1C描繪一噴嘴式千兆赫等級超音波清潔系統。一千兆赫等級超音波噴嘴154經組態以施加具有千兆赫等級超音波清潔波之一清潔溶液106。噴嘴154自千兆赫等級超音波頻率產生器110接收一電信號。另外，噴嘴154經組態以透過一第一入口124而接收一第一溶液且透過一第二入口124而接收一氣體。
噴嘴154組合第一溶液及接收氣體且產生一氣體/流體混合物作為清潔溶液。在一實例中，接收氣體係N2。千兆赫等級超音波噴嘴154亦包含經組態以產生千兆赫等級超音波之一換能器114。因此，千兆赫等級超音波噴嘴154產生且施配具有千兆赫等級超音波且作為一氣體/流體混合物之清潔溶液106。
千兆赫等級超音波噴嘴154相對於晶圓102之一上表面移動以將清潔溶液106選擇性地施配於晶圓102之上表面上。噴嘴154本身可經組態以移動及/或晶圓102可經組態以移動。由控制器108指導千兆赫等級超音波噴嘴154之移動及操作。一卡盤156支撐及/或移動晶圓102，且亦在控制器108指導下操作。
圖1D繪示作為一條形系統之一千兆赫等級超音波清潔系統之一實施例。該系統包含一條形施配器158，其將一清潔溶液106施加至晶圓102之一表面且亦產生千兆赫等級超音波清潔波。施配器158之一入口或噴嘴124接收一流體或溶液。
施配器158包含一換能器114，其經組態以根據來自千兆赫等級
超音波頻率產生器110之一電信號而產生千兆赫等級超音波清潔波。將千兆赫等級超音波清潔波施加至條形施配器158下方之一目標區域中之晶圓之表面。該目標區域亦指稱一諧振處理區域。圖中亦展示其中一般不存在千兆赫等級超音波之一非處理區域150。
針對千兆赫等級超音波清潔，一卡盤156通常使晶圓102旋轉以移動諧振處理區域中之晶圓102之表面，直至清潔完成，如由終點偵測單元130所判定。圖2係繪示使用諸如由圖1之千兆赫等級超音波清潔系統100執行之千兆赫等級超音波清潔技術之粒子移除的一圖式。該圖式僅供說明且未按比例繪製。該圖式展示具有與清潔溶液106直接流體接觸之一上表面102a之晶圓102之一部分。上表面102a可對應於晶圓102上之一溝槽、孔或其他構件之一底面，其難以使用習知清潔技術來清潔且包含暫寄於上表面102a上之若干粒子202、204及206。為了繪示，該等粒子包含具有一第一直徑之一第一粒子202、具有一第二直徑之一第二粒子204及具有一第三直徑之一第三粒子206，其中該第一直徑、該第二直徑及該第三直徑彼此不同。
在物理學及流體力學中，一邊界層係其中黏度效應顯著之一邊界表面之緊鄰處之一流體層。圖2中繪示使用不同頻率(及不同邊界層)之若干不同清潔技術。在第一清潔技術中，一換能器(例如圖1B之114A)依諸如一超音波頻率之一第一頻率驅動清潔溶液106。如圖中所展示，當使用此第一頻率時，可將清潔溶液106分成一第一邊界層208及第一邊界層208上方之一第一整體流動區域210。然而，歸因於其中黏度顯著之此第一邊界層208之相對較大厚度，第一整體流動區域210之質量輸送基本上無法移動具有小於或等於第一粒子202之大小之一大小之粒子。因此，針對第一繪示頻率，若無用粒子或污染物小於第一粒子202之大小，則第一邊界層208之黏性將使此等無用粒子或污染物留在原地(即，未清潔)。此外，若第一頻率係一超音波清潔技術，
則空化(氣泡)可提供嚴密清潔，但在一些情況中，會損害晶圓102及/或其上之構件。
當使用諸如一兆赫等級超音波頻率之一第二頻率時，可將清潔溶液106分成一第二邊界層212及第二邊界層212上方之一第二整體流動區域214。在所繪示之實例中，第二頻率可為兆赫級(例如一兆赫等級超音波)，且大於第一頻率。由於第二頻率對應於小於第一頻率之波長之一第二波長，所以第二邊界層212薄於第一邊界層208。因此，第二整體流動區域214之質量輸送此時能夠移除第一粒子202，但仍無法移除具有小於或等於第二粒子204之大小之一大小之粒子。此外，兆赫等級超音波清潔技術仍會引起空化(氣泡)，其可提供嚴密清潔，但在一些情況中，會非所要地損害晶圓102或其上之構件。
當使用一千兆赫等級超音波頻率時，可將清潔溶液106分成一千兆赫等級超音波邊界層216及千兆赫等級超音波邊界層216上方之一千兆赫等級超音波整體流動區域218。在所繪示之實例中，千兆赫等級超音波頻率可為千兆赫級，且大於第一頻率且亦大於第二頻率。由於千兆赫等級超音波頻率對應於小於第一頻率及第二頻率之波長之一波長，所以千兆赫等級超音波邊界層216薄於第一邊界層208及第二邊界層212。因此，千兆赫等級超音波整體流動區域218之質量輸送能夠移除第一粒子202、第二粒子214及具有低至第三粒子206之大小之大小之粒子。例如，與具有約550nm或更大之一厚度之兆赫等級超音波邊界層212相比，千兆赫等級超音波邊界層216可具有約20奈米或更小之一厚度，其可表示減小約97%且移除顯著更多粒子或污染物。此外，千兆赫等級超音波整體流動區域218可展現(例如)約×105m/s之一流速，其可有助於快速移除粒子或污染物。再者，千兆赫等級超音波清潔技術不誘發空化(氣泡)，且因此可限制對晶圓102及/或其上之小構件之損害。
根據一些實施例，可使用基於一或多個通用電腦或處理器之系統(諸如(例如)圖1A或圖1B中之控制器108)中之電腦程式碼來實施前述技術。如圖3中所繪示，提供根據另一實施例之一基於處理器之系統300之一方塊圖。基於處理器之系統300係一通用電腦平台且可用於實施本文中所討論之製程。基於處理器之系統300可包含一處理單元302，諸如一桌上型電腦、一工作站、一膝上型電腦或針對一特定應用而客製化之一專用單元。基於處理器之系統300可配備有一顯示器318及一或多個輸入/輸出裝置320，諸如顯示單元(例如圖1A、圖1B之136)或用於將資料提供至一資料庫(例如圖1A、圖1B之138)之一埠。處理單元302可包含連接至一匯流排310之一中央處理單元(CPU)304、記憶體306、一大容量儲存裝置308、一視訊配接器312及一I/O介面314。
匯流排310可為包含一記憶體匯流排或記憶體控制器、一周邊匯流排或視訊匯流排之任何類型之若干匯流排架構之一或多者。CPU 304可包含任何類型之電子資料處理器，且記憶體306可包含任何類型之系統記憶體，諸如靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)或唯讀記憶體(ROM)。
大容量儲存裝置308可包含任何類型之儲存裝置，其經組態以儲存資料、程式及其他資訊且可經由匯流排310而存取該資料、程式及其他資訊。例如，大容量儲存裝置308可包含一硬碟機、一磁碟機或一光碟機之一或多者。
視訊配接器312及I/O介面314提供介面來將外部輸入及輸出裝置耦合至處理單元302。輸入及輸出裝置之實例包含耦合至視訊配接器312之顯示器318及耦合至I/O介面314之I/O裝置320，諸如一滑鼠、鍵盤、印表機及其類似者。其他裝置可耦合至處理單元302，且可利用額外或較少介面卡。例如，一串列介面卡(圖中未展示)可用於對一印
表機提供一串列介面。處理單元302亦可包含一網路介面316，其可為至一區域網路(LAN)或一廣域網路(WAN)322之一有線鏈路、及/或一無線鏈路。
此外，應注意，可在圖3之一或多個基於處理器之系統300上實施圖1中之模組及裝置。不同模組與裝置之間之通信可取決於如何實施模組而變動。若在一個基於處理器之系統300上實施模組，則可在由CPU 304執行不同步驟之程式碼之間將資料保存於記憶體306或大容量儲存裝置308中。接著，可藉由CPU 304在一各自步驟之執行期間經由匯流排310存取記憶體306或大容量儲存裝置308而提供資料。若在不同基於處理器之系統300上實施模組或若自諸如一單獨資料庫之另一儲存系統提供資料，則可透過I/O介面314或網路介面316而在系統300之間提供資料。類似地，可由I/O介面314或網路介面316將由裝置或級提供之資料輸入至一或多個基於處理器之系統300中。一般技術者將易於理解實施預期於不同實施例之範疇內之系統及方法之其他變動及修改。
圖4係繪示自半導體裝置移除粒子之一方法400的一流程圖。方法400移除粒子且實質上不損害半導體裝置之表面及構件。
在402中，提供一清潔溶液。
在404中，將一半導體基板放置成與該清潔溶液直接流體接觸。
在406中，提供對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。
在408中，藉由將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波而清潔該半導體基板。
在區塊410中，基於是否偵測到該清潔之一終點條件而選擇性地停止產生選定頻率。在一些實施例中，若一清潔時間與一預定時間具有一預定關係，則滿足該終點條件。例如，若千兆赫等級超音波清潔發生達5分鐘之一預定時間，則該預定時間可為自清潔之初始起動量
測之5分鐘，且將在逝去清潔時間等於5分鐘時滿足該預定關係。在其他實施例中，若光學成像判定自晶圓之表面充分移除污染物及/或無用粒子，或若清潔流體內之污染物或無用粒子濃度隨時間逝去而足夠「平穩」，則滿足該終點條件。若偵測到此「平穩」條件，則其可指示污染物或無用粒子不再依一顯著方式自晶圓102之表面脫落，且滿足該終點條件。
儘管本文中將所揭露之方法(例如由圖4描述之方法)繪示且描述為一系列之動作或事件，但應瞭解，此等動作或事件之所繪示順序不應被解譯為意在限制。例如，一些動作可依不同順序發生及/或與除本文中所繪示及/或描述之動作或事件之外之其他動作或事件同時發生。此外，無需全部所繪示動作來實施本文中之描述之一或多個態樣或實施例，且可在一或多個單獨動作及/或階段中實施本文中所描繪之動作之一或多者。
如可自上文瞭解，本揭露提供一種半導體清潔系統。該清潔系統包含用於保留一清潔溶液之一腔室及一千兆赫等級超音波頻率產生器。該千兆赫等級超音波頻率產生器經組態以產生對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。一換能器經組態以將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波。
本揭露亦提供一種聲波清潔配置。在此配置中，一腔室經組態以容納用於千兆赫等級超音波清潔之一半導體裝置。一溶液施配器經組態以將一清潔溶液施配至該腔室中。一第一換能器接近於該腔室且經組態以依一換能器頻率產生換能器能量，其中該換能器頻率係在一千兆赫頻率範圍內。一千兆赫等級超音波頻率產生器耦合至該第一換能器且經組態以引起該第一換能器產生該換能器能量。該千兆赫等級超音波頻率產生器亦經組態以引起該第一換能器使該半導體裝置經受在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一
機械波以引起自該半導體裝置移除粒子或污染物。
其他實施例係關於一種自半導體裝置移除粒子之方法。在此方法中，提供一清潔溶液。將一半導體基板放置成與該清潔溶液直接流體接觸。提供對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號。藉由將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波而清潔該半導體基板。
上文概述若干實施例之特徵，使得熟悉技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟悉技術者應瞭解，其可易於將本揭露用作設計或修改其他製程及結構之一基礎以實施相同目的及/或達成本文中所引入之實施例之相同優點。熟悉技術者亦應認識到，此等等效建構不應背離本揭露之精神及範疇，且其可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下對本文作出各種改變、置換及更改。再者，為便於描述，本文中可使用「第一」、「第二」「第三」等等來區分一圖或一系列圖之不同元件。「第一」、「第二」「第三」等等不意欲描述對應元件。因此，結合一第一圖所描述之「一第一介電層」未必對應於結合另一圖所描述之一「第一介電層」。
100‧‧‧千兆赫等級超音波清潔系統
102‧‧‧晶圓
104‧‧‧腔室
106‧‧‧清潔溶液
108‧‧‧控制器
110‧‧‧千兆赫等級超音波頻率產生器
112‧‧‧電信號
114‧‧‧千兆赫等級超音波換能器
116‧‧‧千兆赫等級超音波壓縮波
118‧‧‧底板
120‧‧‧側壁
122‧‧‧清潔溶液施配器
124‧‧‧進口
126‧‧‧清潔流體出口
128‧‧‧出口閥
130‧‧‧終點偵測單元
131‧‧‧晶圓支撐件
132‧‧‧終點信號
133‧‧‧隆脊/凹溝
134‧‧‧顯示信號
136‧‧‧顯示單元
138‧‧‧資料庫
Claims (1)
- 一種半導體清潔系統，其包括：一腔室，其用於保留一清潔溶液；一千兆赫等級超音波(GIGASONIC)頻率產生器，其經組態以產生對應於一千兆赫頻率範圍之一電信號；及一換能器，其經組態以將該電信號轉換成在該千兆赫頻率範圍內振盪地傳播通過該清潔溶液之壓力及位移之一機械波。
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